Nauka Przyroda Technologie 2011

Transkrypt

Nauka Przyroda Technologie
ISSN 1897-7820
http://www.npt.up-poznan.net
2011
Tom 5
Zeszyt 5
Dział: Melioracje i Inżynieria Środowiska
Copyright ©Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu
JANINA ZBIERSKA, AGNIESZKA E. ŁAWNICZAK, JERZY KUPIEC, ANNA ZBIERSKA
Katedra Ekologii i Ochrony Środowiska
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
STĘŻENIE SKŁADNIKÓW BIOGENNYCH
W WODACH GRUNTOWYCH I PODZIEMNYCH
W ZLEWNI BEZPOŚREDNIEJ
JEZIORA NIEPRUSZEWSKIEGO NARAŻONEGO
NA ZANIECZYSZCZENIA POCHODZENIA ROLNICZEGO
Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki badań wykonanych w okresie od marca 2007 do
marca 2008 roku, w ramach projektu badawczego nr 2 P06S 026 28, dotyczących stężenia składników biogennych w wodach gruntowych w zlewni bezpośredniej Jeziora Niepruszewskiego,
znajdującego się w obszarze szczególnie narażonym na azotany pochodzenia rolniczego. Wykorzystano również dane z monitoringu wód podziemnych WIOŚ na ujęciu wody położonym na
północ od jeziora. Poziom wody w piezometrach rejestrowano raz w miesiącu, a próby wody do
analiz pobierano co drugi miesiąc. Badane wody gruntowe charakteryzowały się zmiennymi
stężeniami składników biogennych. W niektórych studzienkach zlokalizowanych na granicy pól
uprawnych i łąk notowano okresowo zwiększone stężenia azotanów, które zdecydowanie zmniejszały się w kierunku jeziora. Woda podziemna na ujęciu w Kalwach nie budziła większych zastrzeżeń, wykazując jedynie okresowo podwyższony poziom amoniaku.
Słowa kluczowe: składniki biogenne, wody gruntowe, Jezioro Niepruszewskie, obszary szczególnie narażone na azotany (OSN)
Wstęp
Długotrwała działalność rolnicza, zwłaszcza stosowanie nawozów naturalnych
i sztucznych, skutkuje wprowadzeniem dużych ilości składników biogennych do agroekosystemów (JÓZEFCZYK i IN. 2001, ZBIERSKA i IN. 2002, KUCHARZEWSKI i IN. 2004,
JASZCZYŃSKI i IN. 2006, DURKOWSKI i IN. 2007, ZBIERSKA i IN. 2008). Niewykorzystane w produkcji składniki nawozowe rozpraszają się w środowisku, w szczególności
przenikają do wód powierzchniowych i gruntowych. Stwarza to poważne zagrożenie dla
2
Zbierska J., Ławniczak A.E., Kupiec J., Zbierska A., 2011. Stężenie składników biogennych w wodach gruntowych
i podziemnych w zlewni bezpośredniej Jeziora Niepruszewskiego narażonego na zanieczyszczenia pochodzenia
rolniczego. Nauka Przyr. Technol. 5, 5, #103.
wód w postaci nasilenia eutrofizacji i towarzyszącej temu degradacji wód (CHERRY i IN.
2008). Zjawisko to jest szczególnie niekorzystne w odniesieniu do jezior, które retencjonują znaczne ilości składników biogennych dopływających z obszaru zlewni (BECHMANN 2005, ZBIERSKA i ŁAWNICZAK 2006). Przenikanie zanieczyszczeń do wód gruntowych stwarza również ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych stanowiących
źródło wody pitnej. Liczne badania naukowe oraz monitoring środowiska dostarczają
wielu danych o migracji zanieczyszczeń do wód powierzchniowych, natomiast słabiej
rozpoznane jest zanieczyszczenie wód gruntowych pierwszego poziomu.
Celem pracy jest ocena zanieczyszczenia wód gruntowych na obszarze zlewni bezpośredniej Jeziora Niepruszewskiego i ryzyka migracji składników biogennych z tymi
wodami do jeziora oraz jakości wód podziemnych na ujęciu wody.
Materiał i metody
Badania wód gruntowych pierwszego poziomu przeprowadzono w okresie od marca
2007 do marca 2008 roku. Ze względu na ukształtowanie terenu i sposób jego użytkowania studzienki kontrolne (piezometry) zostały zlokalizowane w rynnie Jeziora Niepruszewskiego, od strony występowania pól uprawnych. Punkty badawcze znajdowały
się w sześciu transektach: jeden (T1) po stronie zachodniej w części północnej Jeziora
Niepruszewskiego (przy dopływie rzeki Samicy Stęszewskiej), a pięć (T2-T6) po stronie
wschodniej równomiernie wzdłuż linii brzegowej od Więckowic do Zborowa (rys. 1).
W każdym transekcie usytuowano po dwa lub trzy piezometry, w zależności od szerokości pasa łąk: pierwszy (1 – brzeg) w linii brzegowej jeziora (na granicy łąk i szuwarów), drugi (2 – łąka) w środkowej części pasa łąk, trzeci (3 – miedza) na granicy pól
uprawnych i łąk. Odległość między studzienkami wynosiła od 35 do 60 m.
Poziom wody gruntowej w piezometrach rejestrowano raz w miesiącu, natomiast
w jeziorze codziennie. Próby wody do analiz pobierano co drugi miesiąc. W wodach
gruntowych standardowymi metodami oznaczano stężenie jonu amonowego, azotanów,
azotynów, fosforanów rozpuszczonych, fosforu całkowitego, potasu oraz przewodność
elektrolityczną właściwą i odczyn wody. Próby wody analizowano w laboratorium
Katedry Ekologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
W pracy wykorzystano również dane z monitoringu wód podziemnych WIOŚ na ujęciu
wody położonym na północ od jeziora. Ocenę jakości wód podziemnych wykonano
na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 11.02.2004 r. w sprawie
klasyfikacji wód, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji wód powierzchniowych i podziemnych (ROZPORZĄDZENIE... 2004 b).
3
Rys. 1. Rozmieszczenie punktów badania wody gruntowej w zlewni Jeziora Niepruszewskiego
Fig. 1. Location of research points of ground water in the Niepruszewskie Lake
catchment
Wyniki
Poziom wód gruntowych i wody w jeziorze
Pomiary stanów wody gruntowej w studzienkach kontrolnych oraz wody w jeziorze
Niepruszewskim wykazały regularne zmiany położenia lustra wody w ciągu roku (rys. 2).
Poziom wody uzależniony był od warunków meteorologicznych i przebiegu wegetacji.
Opady zimowe i wiosenne przyczyniały się do podniesienia poziomu wody i odtworzenia retencji wody w gruncie. Wraz ze wzrostem temperatury i rozwojem roślin, poziom
wody się obniżał. Najniższe stany wody zanotowano od lipca do września. W tym okresie
4
m n.p.m. – a.s.l.
78,50
miedza
balk
łąka
meadow
brzeg
shore
jezioro
lake
78,00
77,50
77,00
III.2008
II.2008
I.2008
XII.2007
XI.2007
X.2007
IX.2007
VIII.2007
VII.2007
VI.2007
V.2007
IV.2007
76,00
III.2007
76,50
Rys. 2. Zmiany średniego poziomu wody gruntowej w piezometrach oraz zwierciadła wody w Jeziorze Niepruszewskim
Fig. 2. Changes of average groundwater level in the piezometers and water level
in the Niepruszewskie Lake
woda prawie w całości wykorzystywana była przez rośliny, a także na parowanie terenowe, mimo zwiększonej ilości opadów. Po zakończeniu wegetacji i jesiennym obniżeniu temperatury poziom wód gruntowych zaczynał się systematycznie podnosić.
W większości badanych transektów położenie zwierciadła wody gruntowej odzwierciedlało ukształtowanie terenu – następowało obniżenie zwierciadła wraz ze spadkiem
powierzchni terenu w kierunku jeziora (rys. 2). Wyjątek stanowiły transekty T5 i T6,
gdzie wyższe stany wody w ciągu roku zanotowano przy brzegu jeziora – w porównaniu
ze stanowiskami położonymi na granicy łąk i pól uprawnych. Było to związane z występowaniem w tym obszarze płytko zalegających utworów nieprzepuszczalnych w gruncie i podnoszeniem się ich w kierunku jeziora, a także z zasilaniem studzienek w strefie
brzegowej wodą z jeziora. Zanotowano tu znacznie mniejsze obniżanie się zwierciadła
wody gruntowej w okresie letnim, średnio mniej więcej o 50 cm w porównaniu z pozostałymi stanowiskami. W studzienkach leżących na granicy pól uprawnych i łąk poziom
wody obniżał się nawet o ponad metr. W sierpniu i we wrześniu w studzienkach zlokalizowanych przy brzegu jeziora lustro wody gruntowej było niższe niż w jeziorze, co oznacza, że wody gruntowe w strefie przybrzeżnej były w tym okresie zasilane przez jezioro.
Jakość wód gruntowych
Najwyższe stężenia amonu notowano na brzegu jeziora, a podwyższone na granicy
pól uprawnych i łąk (tab. 1). Poziom tego składnika w wodzie wahał się od 0 do 4,64
mg NH4 w 1 dm3 (tab. 2). Zmiany stężenia amonu w wodzie gruntowej zarówno na
miedzy, jak i na łące były nieregularne i nie zanotowano większych odchyleń (rys. 3).
Natomiast przy brzegu jeziora stężenie amonu w wodzie wyraźnie wzrastało wraz
z rozwojem wegetacji (od maja do listopada), a malało w okresie zimowym. Wiąże się to
z pewnością z aktywnością mikroorganizmów i przemianami azotu w grubej warstwie
osadów organicznych w strefie brzegowej jeziora.
5
Tabela 1. Średnie wartości wskaźników jakości wody gruntowej w zlewni Jeziora Niepruszewskiego
Table 1. Mean value of quality indicators of groundwater in the Niepruszewskie Lake catchment
Lokalizacja – Localization
brzeg – shore
Wskaźnik
Indicator
średnia
mean
odchylenie
standardowe
standard
deviation
łąka – meadow
średnia
mean
odchylenie
standardowe
standard
deviation
miedza – balk
średnia
mean
odchylenie
standardowe
standard
deviation
Amon – NH4 (mg·dm-3)
Ammonium – NH4 (mg·dm-3)
0,81
0,42
0,26
0,13
Azotany – NO3 (mg·dm-3)
Nitrates – NO3 (mg·dm-3)
4,00
3,11
1,14
0,41
Azotyny – NO2 (mg·dm-3)
Nitrites – NO2 (mg·dm-3)
0,049
0,023
0,037
0,014
0,040
0,015
Fosforany – PO4 (mg·dm-3)
Phosphates – PO4 (mg·dm-3)
0,19
0,05
0,17
0,05
0,15
0,04
Fosfor ogólny (mg·dm-3)
Total phosphorus (mg·dm-3)
0,29
0,22
0,25
0,10
0,28
0,17
Potas (mg·dm-3)
Potassium (mg·dm-3)
5,5
1,1
3,7
2
5,5
1,2
Przewodność (μS·dm-3)
Conductivity (μS·dm-3)
pH
1 445
7,2
98
0,1
1 400
7,3
95
0,1
0,16
17,1
1 246
7,4
0,08
11,88
162
0,1
Stężenie azotanów w wodzie gruntowej w zlewni bezpośredniej Jeziora Niepruszewskiego zawierało się w granicach od 0 do 177 mg NO3 w 1 dm3 (tab. 2). Największe wartości odnotowano na granicy pól uprawnych i łąk (miedza), gdzie średnio wynosiły 17,1 mg NO3 w 1 dm3 (tab. 1). W transekcie T4 stężenie azotanów przekroczyło
wartość progową 50 mg NO3 w 1 dm3 określoną w Dyrektywie Azotanowej – średnio
wynosiło 61,09 mg NO3 w 1 dm3, a w marcu osiągnęło maksymalną wartość ponad 177
mg NO3 w 1 dm3. Duża koncentracja azotanów w tej części zlewni wynika z intensywnej
produkcji rolniczej i chowu trzody chlewnej oraz dużego obciążenia pól uprawnych nawozami. Najniższe stężenia azotanów stwierdzono w transekcie T3, gdzie wahały się od 0
do 17,0 mg NO3 w 1 dm3. Może to wynikać z wyłączenia pól uprawnych w tej części
zlewni z rolniczego użytkowania i ich przeznaczenia pod zabudowę mieszkaniową.
Poziom azotanów w środkowym pasie łąk był bardzo niski i wynosił od 0 do 3,76
mg NO3 w 1 dm3 (średnio 1,14 mg NO3 w 1 dm3, tab. 1). Większe stężenie zanotowano
przy brzegu jeziora: średnio 4,0 mg NO3 w 1 dm3 (tab. 1), a w poszczególnych miesiącach wynosiło ono od 0 do 28,6 mg NO3 w 1 dm3 (tab. 2). W strefie szuwarowej największe wartości, przekraczające 20 mg NO3 w 1 dm3, zanotowano w transektach T2
i T6, sąsiadujących z intensywnie użytkowanymi polami uprawnymi. Na granicy pól
6
NO2(mg·dm-3)
0,060
0,040
0,020
miedza – balk
I.2008
III.2008
I.2008
III.2008
III.2008
XI.2007
XI.2007
I.2008
IX.2007
IX.2007
IX.2007
XI.2007
VI.2007
VI.2007
VI.2007
V.2007
V.2007
V.2007
III.2007
III.2007
III.2007
III.2008
I.2008
XI.2007
IX.2007
VI.2007
K (mg·dm-3)
III.2008
I.2008
XI.2007
IX.2007
VI.2007
PO4 (mg·dm-3)
III.2008
I.2008
XI.2007
IX.2007
VI.2007
III.2007
V.2007
V.2007
V.2007
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0,080
0,000
III.2007
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0,100
III.2007
NO3 (mg·dm-3)
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
P (mg·dm-3)
NH4 (mg·dm-3)
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
łąka – meadow
brzeg – shore
Rys. 3. Zmiany sezonowe stężenia składników biogennych w wodzie gruntowej w zlewni
Jeziora Niepruszewskiego
Fig. 3. Season changes of nutrient concentrations in groundwater in the Niepruszewskie
Lake catchment
uprawnych i łąk wartości te były znacznie większe w porównaniu do pasa łąk i strefy
szuwarowej (rys. 3). W miesiącach jesienno-zimowych i na początku wiosny poziom
azotanów w wodach gruntowych był wyższy w porównaniu do okresu wegetacyjnego
(maj – wrzesień).
Stężenie azotynów w wodzie gruntowej w sąsiedztwie Jeziora Niepruszewskiego
wynosiło średnio 0,04 mg NO2 w 1 dm3 i wahało się od 0 do 0,184 mg NO2 w 1 dm3
(tab. 2). Średnie stężenie zarówno dla miedzy, jak i dla łąki wynosiło 0,04 mg NO2
w 1 dm3, natomiast przy brzegu jeziora było większe i wynosiło 0,049 mg NO2 w 1 dm3
(tab. 1). Przebieg zmian stężenia azotynów był nieregularny, choć odnotowano wzrost
7
Tabela 2. Zakres wahań i średnie stężenia związków azotu w wodzie gruntowej w zlewni Jeziora
Niepruszewskiego w okresie od marca 2007 do marca 2008
Table 2. Range and average concentration of nitrogen compounds in groundwater in the
Niepruszewskie Lake catchment in period March 2007 to March 2008
Lokalizacja
Localization
Amon – NH4 (mg·dm-3)
zakres
range
średnia
mean
0,15-4,64
1,08
Łąka
Meadow
0,05-0,62
Miedza
Balk
średnia
mean
zakres
range
średnia
mean
0-1,11
0,46
0,016-0,056
0,037
0,25
0-1,55
0,44
0,010-0,046
0,032
0-0,26
0,13
0-21,3
3,37
0-0,171
0,052
0,1-2,31
0,54
0-28,6
13,06
0,039-0,148
0,075
Łąka
Meadow
0,01-0,37
0,26
0-3,76
2,13
0-0,061
0,032
Miedza
Balk
0,01-0,27
0,13
0-25,2
11,43
0,015-0,043
0,033
0,06-1,66
0,52
0-1,11
0,35
0,010-0,118
0,050
Łąka
Meadow
0,1-0,53
0,26
0-1,55
0,84
0,013-0,085
0,047
Miedza
Balk
0-0,21
0,12
0-17,0
4,56
0,007-0,076
0,029
0,04-0,42
0,21
0-9,52
1,57
0,013-0,184
0,059
0-0,18
0,05
0-177
44,65
0,013-0,122
0,043
0,17-2,73
1,36
3,00
3,98
0,016-0,069
0,036
0,04-0,81
0,32
0,22-26,1
13,36
0,003-0,056
0,035
0,37-2,6
1,16
0-25,6
4,60
0,003-0,059
0,037
0,06-0,72
0,22
15,7-47,2
25,27
0,007-0,141
0,046
T1 Brzeg
Shore
T2 Brzeg
Shore
T3 Brzeg
Shore
T4 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
T5 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
T6 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
zakres
range
w okresie letnim (VII) oraz spadek w okresie jesiennym i wiosennym (III i XI) (rys. 3).
Wyraźny wzrost poziomu azotynów zanotowano także w styczniu 2008 roku, zwłaszcza
w strefie brzegowej, co może wynikać z wysokich temperatur tej zimy i braku zamarza-
8
nia gruntu, a także zasilania tej strefy wodą z jeziora, w której azotynów było więcej
(ZBIERSKA i IN. 2008).
Przez większość okresu badań wyższe stężenia azotynów notowane były na brzegu
jeziora i na łące, tylko we wrześniu stwierdzono wyższe średnie stężenie azotynów na
granicy pola uprawnego i łąki (rys. 3).
Analizując stężenie fosforanów w wodzie gruntowej w transekcie, największe wartości stwierdzono na granicy łąki i brzegu jeziora, gdzie średnio wynosiło 0,19 mg PO4
w 1 dm3, a najmniejsze na miedzy – średnio 0,15 mg PO4 w 1 dm3 (tab. 1). W poszczególnych transektach poziom fosforanów wynosił od 0 do 0,95 mg PO4 w 1 dm3 (tab. 3).
Największy wzrost stężenia fosforanów stwierdzono w maju w transekcie T5. Ogólnie
zmiany sezonowe poziomu fosforanów w wodzie gruntowej były stosunkowo niewielkie i nieregularne, jedynie w okresie wiosennym zanotowano pewien spadek poziomu
fosforanów na miedzy i w pasie łąk (rys. 3).
Tabela. 3. Zakres wahań i średnie stężenia związków fosforu i potasu w wodzie gruntowej
w zlewni Jeziora Niepruszewskiego w okresie od marca 2007 do marca 2008
Table 3. Range and average concentration of phosphorus compounds and potassium in groundwater of the Niepruszewskie Lake catchment in the period March 2007 to March 2008
Lokalizacja
Localization
1
Fosforany – PO4 (mg·dm-3)
Phosphates – PO4 (mg·dm-3)
zakres
range
zakres
range
średnia
mean
Potas (mg·dm-3)
Potassium (mg·dm-3)
zakres
range
3
4
5
0,12
0,08-1,06
0,39
0,8-3,8
2,0
Łąka
Meadow
0,01-0,19
0,11
0,07-0,23
0,15
0,3-2,5
1,0
Miedza
Balk
0,03-0,18
0,1
0,10-0,90
0,25
1,0-8,6
3,0
0,02-0,27
0,14
0,06-2,41
0,54
4,8-10,5
6,6
Łąka
Meadow
0,03-0,37
0,16
0,10-0,31
0,17
2,1-4,0
3,2
Miedza
Balk
0,08-0,18
0,16
0,13-0,56
0,41
1,6-3,1
2,6
0,08-0,36
0,2
0,06-0,22
0,14
0,8-5,0
1,8
Łąka
Meadow
0,13-0,39
0,25
0,10-0,95
0,43
1,3-10,0
7,0
Miedza
Balk
0,05-0,24
0,14
0,04-0,94
0,33
0,8-2,5
1,5
T2 Brzeg
Shore
T3 Brzeg
Shore
6
średnia
mean
0-0,18
T1 Brzeg
Shore
2
średnia
mean
Fosfor ogólny (mg·dm-3)
Total phosphorus (mg·dm-3)
7
9
Tabela 3 – cd. / Table 3 – cont.
1
T4 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
T5 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
T6 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
4
5
0,06-0,32
2
0,2
3
0,06-0,63
0,17
1,0-1,9
6
1,5
7
0,07-0,30
0,15
0,10-0,17
0,13
1,4-1,9
1,7
0,16-0,95
0,35
0,06-0, 80
0,28
15,9-23,6
19,1
0,07-0,19
0,14
0,05-0,73
0,31
7,0-16,8
13,8
0,03-0,19
0,12
0,06-0,38
0,21
1,0-4,3
2,2
0,09-0,29
0,18
0,10-0,62
0,24
5,0-13,3
10,1
Średnie wartości stężenia fosforu ogólnego w wodzie gruntowej na miedzy i brzegu
były zbliżone (wynosiły odpowiednio 0,28 i 0,29 mg P w 1 dm3), a na łące były niższe
(0,25 mg P w 1 dm3, tab. 1). Ogólnie stężenie tego składnika wahało się od 0,10 do 0,94
mg P w 1 dm3 (tab. 3). Przebieg sezonowych zmian również wykazywał nieregularność.
Najwyższe wartości we wszystkich transektach stwierdzono na granicy pól i łąk we
wrześniu, a na brzegu jeziora we wrześniu i styczniu (rys. 3).
Ilość potasu występująca w badanej wodzie gruntowej była na ogół niewielka (tab.
1 i 3). Średnie stężenie w wodzie gruntowej na brzegu jeziora i na granicy pól uprawnych wyniosło 5,5 mg K w 1 dm3, natomiast w pasie łąk tylko 3,7 mg K w 1 dm3.
W większości studzienek w okresie badań jego stężenie wynosiło od 0,3 do 13,3 mg·dm-3,
jedynie w transekcie T5 było większe, gdzie wynosiło od 7,0 do 23,6 mg·dm-3 (tab. 3).
Podwyższone stężenia potasu zanotowano także w transekcie 2 na brzegu jeziora oraz
w transekcie 6 na granicy pól uprawnych. Są to tereny, na których stosowano duże
dawki nawozów naturalnych, w tym gnojówki, w związku z intensywnym chowem
zwierząt. Z analizy zmian sezonowych stężenia potasu w wodzie gruntowej wynika,
że w pasie łąk i przy brzegu jeziora było ono wyższe wiosną i jesienią, natomiast na
granicy pól uprawnych wzrastało tylko jesienią (rys. 3). Pokrywało się to z terminami
stosowania nawozów naturalnych i mineralnych nawozów potasowych.
Przewodność elektrolityczna wody gruntowej w zlewni Jeziora Niepruszewskiego
mieściła się w przedziale od 734 do 2650 µS·cm-1 (tab. 4). Największe wartości zanotowano na brzegu (średnio 1445 µS·cm-1) i na łące (średnio 1400 µS·cm-1, tab. 1). Analizując przebieg zmian konduktywności (rys. 4), można zauważyć, że spadała ona wraz
z rozwojem wegetacji, natomiast jesienią zaczynała ponownie wzrastać. Największe
wartości zanotowano na łące w transekcie T1 (średnio 1820 µS·cm-1), a najmniejsze –
na miedzy w transekcie T4 (średnio 886 µS·cm-1, tab. 1).
Odczyn wody w studzienkach gruntowych wykazywał małe zróżnicowanie (tab. 1),
był zbliżony do obojętnego lub zasadowy i wynosił od 6,9 do 7,8 (tab. 2). Najmniejszą
wartość odczynu wody (pH poniżej 7) w całym okresie badań zanotowano na łące
10
Tabela 4. Zakres wahań i średnie wartości przewodności elektrolitycznej i odczynu w wodzie
gruntowej w zlewni Jeziora Niepruszewskiego w okresie od marca 2007 do marca 2008
Table 4. Range and average value of conductivity and pH of groundwater in the Niepruszewskie
Lake catchment in the period March 2007 to March 2008
Lokalizacja
Localization
Przewodność (μS·dm-3)
Conductivity (μS·dm-3)
średnia
mean
zakres
range
średnia
mean
1 205-2 650
1 661
7,0-7,4
7,1
Łąka
Meadow
1 687-1 060
1 820
6,4-7,1
6,9
Miedza
Balk
1 326-1 852
1 651
7,1-7,6
7,3
1 059-1 212
1 137
7,2-7,6
7,4
Łąka
Meadow
1 171-1 273
1 255
7,2-7,7
7,5
Miedza
Balk
1 031-1 346
1 212
6,7-7,7
7,4
1 245-1 365
1 321
7,0-7,4
7,2
Łąka
Meadow
920-1 718
1 126
7,3-7,5
7,4
Miedza
Balk
864-1 016
920
7,2-7,7
7,4
1 158-1 401
1 260
6,9-7,4
7,2
886
7,2-7,6
7,3
1 520-1 771
1 630
7,0-7,8
7,3
1 047-2 350
1 367
7,1-7,5
7,4
1 335-1 925
1 661
6,9-7,5
7,2
1 092-2 750
1 442
7,2-7,7
7,5
T1 Brzeg
Shore
T2 Brzeg
Shore
T3 Brzeg
Shore
T4 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
T5 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
T6 Brzeg
Shore
Miedza
Balk
zakres
range
pH
734-939
w transekcie T1. W poszczególnych ciągach studzienek nie stwierdzono znacznego
zróżnicowania i nie zaobserwowano jednoznacznej zmienności sezonowej.
11
7,6
1700
1600
7,4
1400
7,2
pH
1300
7,0
1200
6,8
1100
III.2008
I.2008
XI.2007
IX.2007
III.2007
III.2008
I.2008
XI.2007
IX.2007
VI.2007
V.2007
III.2007
miedza – balk
VI.2007
6,6
1000
V.2007
µS·dm-3
1500
brzeg – shore
łąka – meadow
Rys. 4. Zmiany przewodności elektrolitycznej i odczynu (pH) wody gruntowej w zlewni Jeziora Niepruszewskiego
Fig. 4. Changes of conductivity and pH in groundwater in the Niepruszewskie Lake catchment
Jakość głębszych wód podziemnych
Na obszarze badanej zlewni ocena jakości głębszych wód podziemnych w latach
2005-2007 przeprowadzana była przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska
w Poznaniu tylko w jednym punkcie, na ujęciu wody w Kalwach. Jakość tych wód nie
budziła większych zastrzeżeń pod względem analizowanych wskaźników (tab. 5). Temperatura i odczyn wody oraz stężenie tlenu rozpuszczonego w całym okresie badań
Tabela 5. Wybrane wskaźniki jakości wody podziemnej na ujęciu w Kalwach (dane Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Poznaniu)
Table 5. Selected indicators of groundwater quality of water intake in Kalwy (Voivodship Inspectorate for Environmental Protection in Poznań data)
Wskaźnik
Indicator
1
Temperatura wody (°C)
Water temperature (°C)
Tlen rozpuszczony – O2 (mg·dm-3)
Soluble oxygen – O2 (mg·dm-3)
pH
Przewodność (μS·cm-1)
Conductivity (μS·cm-1)
Data pomiaru
Sampling date
V 2006
X 2006
V 2007
XI 2007
Klasa
jakości
Quality
class
2
3
4
5
6
11,1
11,4
12,0
9,0
I
6,70
I
3,40
7,30
854
2,60
7,22
852
2,10
7,22
842
7,50
917
I
II
12
Tabela 4 – cd. / Table 5 – cont.
1
2
3
4
5
6
0,354
0,004
0,425
0,323
I
0,020
0,007
0,020
0,016
I-II
Azot ogólny (mg·dm-3)
Total nitrogen (mg·dm-3)
1,431
1,460
0,957
0,749
–
Azot Kjeldahla – N (mg·dm-3)
Kjeldahl nitrogen – N (mg·dm-3)
1,345
1,457
0,855
0,644
–
Amon – NH4 (mg·dm-3))
0,277
0,685
0,057
0,175
I-III
odpowiadały kryteriom I klasy jakości, przewodność natomiast II klasy jakości. Poziom
azotynów w dwóch pomiarach mieścił się w I klasie, w trzech pozostałych w II klasie.
Jedynie stężenie amonu było zwiększone i przez większość okresu odpowiadało II klasie, a w październiku 2006 roku nawet III klasie.
Dyskusja
Poziom wody gruntowej oraz jego zmiany sezonowe w omawianym okresie badań
były zbliżone do obserwacji prowadzonych na tym obszarze w latach 2000-2002
(ZBIERSKA i IN. 2002, ZBIERSKA i ŁAWNICZAK 2002). Natomiast stan wody w Jeziorze
Niepruszewskim był niższy, w związku z obniżeniem poziomu piętrzenia wody w tym
akwenie w 2002 roku (ZBIERSKA i KUPIEC 2004). W związku z powyższym w latach
2007-2008 nie występowało już zasilanie wód gruntowych w strefie brzegowej w okresie wiosennym (tj. maksymalnego piętrzenia) przez wodę z jeziora i modyfikujące oddziaływanie wody z jeziora na jakość wód gruntowych.
W porównaniu z wcześniejszymi wynikami badań wód gruntowych w latach 2000-2002 (ZBIERSKA i ŁAWNICZAK 2002, ZBIERSKA i IN. 2002) zanotowano obecnie
zmniejszenie średniego stężenia amonu we wszystkich punktach (mniej więcej o 40%
w strefie brzegowej i blisko sześciokrotnie na miedzy i w pasie łąk), azotanów na granicy pól uprawnych i w pasie łąk (ok. dwukrotnie), fosforanów na granicy pól i łąk
(o 24%) oraz potasu w pasie łąk (o 13%). Może to być wynikiem działań kontrolnych
i ograniczających intensywność produkcji rolnej, podejmowanych od 2004 roku
w związku z wyznaczeniem obszaru szczególnie narażonego na azotany (ROZPORZĄDZENIE... 2003) i wprowadzeniem mocą prawa lokalnego programu działań na rzecz
ograniczenia spływu zanieczyszczeń ze źródeł rolniczych (ROZPORZĄDZENIE... 2004,
KUPIEC i IN. 2008). Wzrost wartości stwierdzono w strefie brzegowej jeziora dla stężenia azotanów (o 33%) i potasu (o 25%) oraz przewodności elektrolitycznej (o 30%),
a także w pasie łąk w odniesieniu do fosforanów (o 15%). Może to być spowodowane
mniej intensywnym wykaszaniem łąk oraz obniżeniem poziomu wody w jeziorze.
13
Dla oceny oddziaływania wód gruntowych na jakość wód w jeziorze i kierunku migracji składników biogennych ważne jest odniesienie uzyskanych wyników badań do
jakości wody w jeziorze (ŁAWNICZAK i IN. 2008, ZBIERSKA i IN. 2008). Stężenie amonu
w wodzie Jeziora Niepruszewskiego wynosiło średnio 0,31 mg NH4 w 1 dm3 i zawierało się w przedziale od 0,05 do 0,60 mg NH4 w 1 dm3. Było ono większe niż na granicy
pól i w pasie łąk, natomiast mniejsze niż w strefie brzegowej. Stężenie azotanów
w wodzie Jeziora Niepruszewskiego w badanych miesiącach wynosiło od 0 do 24,2 mg
NO3 w 1 dm3 (średnio 10,9 mg NO3 w 1 dm3) i było większe niż w wodzie gruntowej
w strefie brzegowej i w pasie łąk. Wynika z powyższego, że wody gruntowe z pól nie
wnosiły związków azotowych do jeziora. Stężenie fosforanów (średnio 0,09 mg PO4
w 1 dm3) i fosforu ogólnego (średnio 0,09 mg P w 1 dm3) w wodzie jeziora było wyraźnie mniejsze niż w badanych wodach gruntowych. Wskazuje to na możliwość spływu
tych związków z wodami gruntowymi do jeziora. Woda w jeziorze wykazywała
o ok. połowę mniejszą przewodność (średnio 692 µS·cm-1) niż badane wody gruntowe,
co wskazuje na wyraźnie większe zmineralizowanie wód gruntowych. Badania wód
powierzchniowych na tym obszarze wykazały, że głównym źródłem zasilania jeziora
w składniki biogenne były cieki (ZBIERSKA i IN. 2002, ZBIERSKA i IN. 2008). Woda
w jeziorze ma większą wartość pH, co wiąże się z występowaniem kredy jeziornej
w dnie i w sąsiedztwie tego akwenu oraz jej wydobywaniem w niedawnej przeszłości.
W badaniach wykazano wyraźną zmienność sezonową jakości wód gruntowych,
w szczególności wzrost stężenia azotanów w okresie wiosennym jesienno-zimowym
i spadek w okresie wegetacyjnym oraz wzrost stężenia amonu i fosforanów w okresie
letnio-jesiennym. Podobne tendencje stwierdzili JÓZEFCZYK i IN. (2001) w wodach
gruntowych na polach uprawnych wielkoobszarowego gospodarstwa Manieczki.
W badaniach tych zanotowano zbliżone stężenia amonu, nieco wyższe stężenia fosforanów i wielokrotnie wyższe stężenia azotanów. Zwiększone stężenia jonu amonowego,
fosforanów i potasu w wodach gruntowych w miesiącach letnich zanotowali również
JASZCZYŃSKI i IN. (2006) pod użytkami zielonymi, niezależnie od sposobu użytkowania
i poziomu nawożenia. Autorzy Ci podkreślają, że zmiany te mogą wynikać z największej aktywności mikroorganizmów glebowych, rozkładających masę organiczną
w okresie wysokich temperatur i uwalniających zawarte w nich składniki. Spadek stężenia azotanów w sezonie wegetacyjnym, obserwowany w niniejszych badaniach
i wykazywany przez wielu autorów (JÓZEFCZYK i IN. 2001, KUPIEC i IN. 2008, ŁAWNICZAK i ZBIERSKA 2007, JASZCZYŃSKI i IN. 2006), był wynikiem pobierania tego składnika przez rośliny i potwierdza ich ochronny wpływ na jakość wód. KUCHARZEWSKI
i IN. (2004) w badaniach wód drenarskich i gruntowych terenów rolniczych Dolnego
Śląska notowali zbliżone stężenia azotanów i fosforanów oraz nieco wyższe stężenia
azotu amonowego, wykazując jednocześnie nieznaczne zanieczyszczenie badanych
wód.
Na omawianym terenie większe stężenia składników biogennych obserwowano na
polach i łąkach intensywnie nawożonych, zarówno nawozami mineralnymi, jak i naturalnymi. Podobne obserwacje poczynili również DURKOWSKI i IN. (2007), wykazując
wyraźny wpływ obecności zagrody wiejskiej i stosowania gnojówki na zwiększone
zanieczyszczenie wód gruntowych związkami azotu i potasem. W cytowanych bada-
14
niach wskazano także na ścisły związek stężenia składników biogennych ze zmianami
poziomu wody gruntowej, tj. zmniejszenie stężenia przy obniżaniu poziomu wody.
Wnioski
1. Poziom wody gruntowej jest związany z ukształtowaniem terenu oraz wykazuje
regularne zmiany w ciągu roku związane z warunkami meteorologicznymi i przebiegiem wegetacji. W okresie jesienno-zimowym notowano wyższe stany wody, natomiast
w sezonie wegetacyjnym poziom wody wyraźnie się obniżał.
2. Podwyższone stężenia azotanów notowano w wodach gruntowych na granicy pól
uprawnych i łąk, najniższe w środkowym pasie łąk. Wskazuje to na ograniczające oddziaływanie użytków zielonych w odniesieniu do spływu azotanów do wód. Stężenie
azotanów przekraczające poziom 50 mg NO3 w 1 dm3, określony jako progowy w Dyrektywie Azotanowej, zanotowano tylko w jednym punkcie, w miejscu stosowania
dużej ilości nawozów mineralnych oraz naturalnych pochodzących z intensywnego
chowu trzody chlewnej.
3. Stężenie amonu, azotynów i fosforu było wyższe w strefie brzegowej jeziora, co
wynika z nagromadzenia większej ilości materii organicznej w glebie i uwalniania
składników w procesie mineralizacji.
4. Poziom potasu w badanych wodach gruntowych był niski i stosunkowo mało
zróżnicowany. Odczyn wody był zbliżony do obojętnego lub zasadowy i ustabilizowany. Przewodność elektrolityczna była zróżnicowana, nieco większa w strefie brzegowej
jeziora.
5. W okresie badań stwierdzono wyraźną zmienność sezonową jakości wód gruntowych, w szczególności wzrost stężenia azotanów w okresie jesienno-zimowym i spadek
w okresie wegetacyjnym oraz wzrost stężenia amonu i fosforanów w okresie letniojesiennym.
6. Jakość wód podziemnych na ujęciu wody nie budziła zastrzeżeń, wykazywała jedynie okresowo nieco podwyższony poziom amonu.
Literatura
BECHMANN M.E., BERGE D., EGGESTAD H.O., VANDSEMB S.M., 2005. Phosphorus transfer from
agricultural areas and its impact on the eutrophication of lakes – two long-term integrated
studies from Norway. J. Hydrol. 304, 1-4: 238-250.
CHERRY K.A., SHEPHERD M., WITHERS P.J.A., MOONEY S.J., 2008. Assessing the effectiveness of
actions to mitigate nutrient loss from agriculture: a review of methods. Sci. Total Environ.
406: 1-23.
DURKOWSKI T., BURCZYK P., KRÓLAK B., 2007. Stężenie wybranych składników chemicznych
w wodach gruntowych i roztworze glebowym w małej zlewni rolniczej. Woda Środ. Obsz.
Wiej. 7, 1(19): 5-15.
JASZCZYŃSKI J., CHRZANOWSKI S., SAPEK A., 2006. Jakość wód gruntowych pod użytkami zielonymi różnie użytkowanymi. Woda Środ. Obsz. Wiej. 6, 2(18): 111-127.
15
JÓZEFCZYK D., LEŚNY J., WANDELT W., 2001. Zmienność czasowa i przestrzenna biogenów w wodzie gruntowej na terenie gospodarstwa Manieczki. Rocz. AR Pozn. 329, Melior. 21: 87-93.
KUCHARZEWSKI A., NOWAK L., SZYMAŃSKA-PULIKOWSKA A., 2004. Zawartość składników biogennych w odciekach drenarskich, wodach gruntowych i powierzchniowych na wybranych terenach rolniczych Dolnego Śląska. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 499: 203-209.
KUPIEC J., ŁAWNICZAK A.E., ZBIERSKA J., 2008. Action reducing the outflow of nitrates from
agricultural sources to waters on the nitrate vulnerable zone in the catchment of the Samica
Stęszewska river. Ann. Warsaw Univ. Life Sci. SGGW Land Reclam. 40: 3-13.
ŁAWNICZAK A.E., ZBIERSKA J., 2007. Wpływ sposobu użytkowania strefy przybrzeżnej jeziora na
jakość wód gruntowych. Fragm. Agronom. 95, 3: 283-291.
ŁAWNICZAK A.E., ZBIERSKA J., KUPIEC J., 2008. Changes of nutrient concentrations in water
sensitive to nitrate pollution from agricultural sources in the Samica Stęszewska river catchment. Ann. Warsaw Univ. Life Sci. SGGW Land Reclam. 40: 15-25.
ROZPORZĄDZENIE Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Poznaniu z dnia 2
grudnia 2003 roku w sprawie określenia wód wrażliwych na zanieczyszczenia związkami
azotu ze źródeł rolniczych oraz obszarów szczególnie narażonych, z których odpływ azotu ze
źródeł rolniczych do tych wód należy ograniczyć. 2003. Dz. Urz. Woj. Wlkp. 192, poz. 3568.
ROZPORZĄDZENIE Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Poznaniu z dnia 31
marca 2004 roku w sprawie programu działań mających na celu ograniczenie odpływu azotu
ze źródeł rolniczych dla obszaru zlewni rzek Samica Stęszewska i Mogilnica. 2004 a. Dz.
Urz. Woj. Wlkp. 51, poz. 1173.
ROZPORZĄDZENIE Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji wód,
sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji wód powierzchniowych i podziemnych. 2004 b. Dz. U. 32, poz. 284.
ZBIERSKA J., KUPIEC J., 2004. Ekologiczne skutki obniżenia poziomu wody w Jeziorze Niepruszewskim. Zesz. Nauk. AR Krak. 412, Inż. Środ. 25: 21-30.
ZBIERSKA J., ŁAWNICZAK A., 2002. Zmiany zawartości składników nawozowych w wodach gruntowych strefy przybrzeżnej Jeziora Niepruszewskiego. Rocz. AR Pozn. 342, Melior. 23: 548-557.
ZBIERSKA J., ŁAWNICZAK A.E., 2006. Wpływ jezior przepływowych na jakość wody w rzece
Samicy Stęszewskiej. Zesz. Nauk. AR Krak. Inż. Środ. 27: 7-15.
ZBIERSKA J., MURAT-BŁAŻEJEWSKA S., SZOSZKIEWICz K., ŁAWNICZAK A.E., 2002. Bilans biogenów w agroekosystemach Wielkopolski w aspekcie ochrony jakości wód na przykładzie
zlewni Samicy Stęszewskiej. Wyd. AR, Poznań.
ZBIERSKA J., MURAT-BŁAŻEJEWSKA S., SZOSZKIEWICZ K., KUPIEC J., ŁAWNICZAK A., KUJAWA J.,
SOJKA M., 2008. Raport końcowy z projektu badawczego nr 2 P06S 026 28 „Ocena skuteczności kontrolowania obiegu biogenów w agro-ekosystemach i wdrażania dyrektywy azotanowej na obszarze demonstracyjnym zlewni rzeki Samicy Stęszewskiej”. Maszynopis. Katedra
Ekologii i Ochrony Środowiska AR, Poznań.
NUTRIENT CONCENTRATION IN GROUND AND UNDERGROUND WATER
IN THE NIEPRUSZEWSKIE LAKE CATCHMENT VULNERABLE TO NITRATE
FROM AGRICULTURAL SOURCES
Summary. This paper presents results of realized surveys between march 2007 and march 2008
year in the frame of research project nr 2 P06S 026 28. The study relating nutrients concentration
in groundwater of Niepruszewskie Lake direct catchment area located in nitrate vulnerable zone.
16
There were used groundwater monitoring data from Voivodship Inpectorate of Environmental
Protection in Poznań from point located in north of the lake. Water level in piezometers was
checked ones per month and samples of water to analyzing were collected month after the second
month. Surveyed groundwater characterizing variable of nutrients concentration were not contaminated and not carried in pollution to the lake. In some piezometers located on field and grassland
borders were recorded increased nitrate concentration, which clearly lessened into the lake direction. Underground water in Kalwy observing point didn’t show doubts, but periodically rise of
ammonia was recorded.
Key words: nutrients, ground water, Niepruszewskie Lake, nitrate vulnerable zone’s (NVZ’s)
Adres do korespondencji – Corresponding address:
Janina Zbierska, Katedra Ekologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu,
ul. Piątkowska 94 C, 60-649 Poznań, Poland, e-mail: [email protected]
Zaakceptowano do druku – Accepted for print:
13.06.2011
Do cytowania – For citation:
Zbierska J., Ławniczak A.E., Kupiec J., Zbierska A., 2011. Stężenie składników biogennych
w wodach gruntowych i podziemnych w zlewni bezpośredniej Jeziora Niepruszewskiego narażonego na zanieczyszczenia pochodzenia rolniczego. Nauka Przyr. Technol. 5, 5, #103.

Nauka Przyroda Technologie 2011

Transkrypt

Podobne dokumenty

Bonus

U c H WAt E Nr XXX/ 20s12009 U c HW At E Nr

8.8. PROGRAM POMIAROWY F2: WODY GRUNTOWE

Jezioro Pakoskie Południowe - Wojewódzki Inspektorat Ochrony

Jezioro Pakoskie Północne - Wojewódzki Inspektorat Ochrony

Szwajcaria. Zarys ogólny: Geografia

Jacek Bartos - Patrz w przyszłość

Wolsztyn – wokół Jeziora Berzyńskiego – Wolsztyn